книги из ГПНТБ / Селиверстов В.М. Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин учебник

После поворота винтового ротора на некоторый угол пространство между зубьями, заполненное воздухом, разъединяется с патрубками всасывания. При дальнейшем повороте винтовых роторов уменьшается объем рабочей полости и, следовательно, происходит сжатие воздуха до тех пор, пока она не сообщится с окном нагнетания. После соеди­ нения рабочей полости с камерой нагнетания воздух выталкивается из рабочей полости. Давление сжатого воздуха в рабочей полости р 2 может не совпадать с давлением в нагнетательном патрубке р н. Если р 2< р н, то в момент соединения рабочей полости с окном на­

гнетания сжатый воздух из нагнетательного патрубка устремляется

А - А

Рис. 142. Конструктивная схема винтового компрес­ сора с охлаждаемым корпу­ сом

Зная объемы камеры в начале и в конце сжатия, можем построить теоретическую индикаторную диаграмму винтового компрессора. Та­ кая диаграмма для трех случаев сжатия приведена на рис. 143.

При проектировании винтового компрессора исходят из условий равенства давления сжатия р 2 и давления нагнетания р н, т. е. р 2 =-- = Р*- При р 2 < р н и р 2> рн затрачивается дополнительная работа,

которая на диаграммах показана заштрихованными площадками. Особенно нежелательна работа компрессора при р 2> р н, так как в данном случае наблюдается наибольшая дополнительная потеря ра­ боты.

248

Действительная индикаторная диаграмма винтового компрессора отличается от теоретической наличием протечек, гидравлических по­ терь, изменением внутренней степени повышения давления. Такая диаграмма при различных давлениях нагнетания изображена на рис. 144. Поскольку количество рабочего тела при сжатии не остается

а) р

Рн~Рг

РгРв

постоянным, кривая сжатия только приблизительно характеризует изменение его состояния.

В связи с отсутствием трения роторов о корпус в винтовых компрес­ сорах можно применять большие окружные скорости (100 м/с и более). Роторы винтовых компрессоров имеют симметричный циклоидальный,

мыми и несмазываемыми. Сжатый воздух в них не загрязняется маслом, что очень важно для некоторых типов пневмоперегружателей. В то же время винтовые компрессоры, работающие без смазки роторов, имеют большие потери вследствие перетекания воздуха из рабочей полости в камеру всасывания. Эти потери особенно увеличиваются при ß > 4. Кроме того, при больших степенях повышения давления происходит значительный подогрев сжимаемого воздуха. В таких ком­ прессорах часто применяют внутреннее масляное охлаждение. Масло подается внутрь корпуса, где оно, с одной стороны, герметизирует ра-

249

■бочую полость, а с другой — охлаждает сжимаемый воздух. Нагретое масло из корпуса подается на масляный холодильник, здесь оно ох­ лаждается водой или воздухом и вновь направляется в корпус.

Внутреннее масляное охлаждение позволяет увеличить степень по­ вышения давления в одной ступени до двенадцати.

При масляном охлаждении винтовых компрессоров можно отка­ заться от синхронизирующих шестерен. С целью уменьшения гидрав­ лических потерь скорость в таких компрессорах обычно не превышает 40—50 м/с. С уменьшением окружных скоростей роторов компрессоры создают во время работы меньше шума.

Производительность винтового компрессора (в м3/мин) определяют

где Fv F2 — площади торцевого сечения винтовой впадины соответ­

ственно ведущего и ведомого роторов, м3;

пг — частота вращения ведущего ротора, об/мин. Коэффициент подачи X винтового компрессора зависит от величины

утечки воздуха из рабочей полости, гидравлических сопротивлений во всасывающей магистрали и степени подогрева всасываемого воздуха. Относительная величина вредного пространства в винтовых компрес­ сорах обычно не превышает 1 % и практически мало влияет на X. Это

объясняется тем, что при малых значениях ß влияние вредного про­ странства невелико, а при больших и внутреннем масляном охлажде­ нии оно заполнено маслом. В среднем для винтовых компрессоров X

принимают равным 0,75—0,90.

Вследствие значительной величины потери от перетекания сжато­ го горячего воздуха из рабочей полости в полость всасывания и других внутренних потерь даже при интенсивном охлаждении средний пока­ затель политропы сжатия у винтовых компрессоров выше показателя адиабаты. Поэтому в них за теоретический процесс сжатия принимают адиабатный процесс. Оптимальным режимом работы винтового ком­ прессора является режим, при котором давление нагнетания совпадает с давлением внутреннего сжатия (ра = р 2). Теоретическую мощность

(в кВт), потребляемую компрессором в этом случае, рассчитывают по

Для других режимов работы компрессора, т. е. р 2 Ф р н, теоретическую

250

мощность, потребляемую компрессором, находят из выражения

В действительности процесс сжатия воздуха в винтовом компрессо­ ре протекает не по адиабате, а по политропе с переменным показате­ лем п > k. Среднее значение показателя политропы зависит от интен­

сивности охлаждения, частоты вращения компрессора, степени повы­ шения давления и изменяется в пределах 1,45—2,5. Внутренние поте­ ри в винтовом компрессоре, снижающие его экономичность, оценивают адиабатным к. п. д., определяемым по формуле (420).

Зная адиабатный к. п. д., можем определить действительную мощ­ ность, потребляемую компрессором,

% "Пм Полный адиабатный к. п. д. машины т|а.п = г]аг]м определяют при

испытаниях компрессора.

Основные характеристики некоторых винтовых компрессоров оте­ чественного производства приведены в табл. 10. В качестве привода этих компрессоров используют: турбину (уВК), двигатель внутренне­ го сгорания (у ВК-14), электродвигатель (у ВК-Ю, ВК-П и др.).

Т а б л и ц а 10

Производительность винтовых компрессоров можно регулировать: выпуском сжатого воздуха в атмосферу, изменением частоты вращения, изменением величин наполнения компрессора и переключением по­ следнего с полной нагрузки на холостой ход.

К основным преимуществам винтовых компрессоров относятся: малые вес и габариты, уравновешенность, надежность и долговечность, высокий к. п. д., отсутствие помпажных зон, равномерность подачи воздуха, возможность сжатия запыленного воздуха, хорошая приспо­ собляемость к работе на переменных режимах.

Недостатками их являются сложность изготовления роторов, вы­ сокий уровень шума, необходимость внутреннего охлаждения при вы­ соких степенях повышения давления, несовпадение внутреннего дав­ ления сжатия с давлением нагнетания при переменных режимах ра­ боты.

251

§ 131. Водокольцевые вакуумные насосы

Для отсасывания запыленного воздуха и создания вакуума в раз­ личных отраслях промышленности широко применяются водоколь-- цевые вакуум-насосы. По принципу работы они аналогичны пластин­ чатым ротационным компрессорам, однако конструктивно отличаются от них.

Принципиальная схема водокольцевого вакуум-насоса изображена на рис. 145. В цилиндрическом корпусе 1 с крышками 8 и 9 эксцент­ рично расположен ротор 6 с лопастями 2. Последние имеют одинако-

Рис. 145. Конструктивная схема водокольдевого вакуум-насоса

вую длину и часто изготовляются заодно с ротором. При вращении ро­ тора с большой частотой вода, находящаяся в корпусе, под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам, уплотняя концы лопастей. В центральной части корпуса при этом образуется воздушное кольце­ вое пространство переменной толщины.

Воздух поступает в насос через патрубок 5 и приемное серповидное отверстие 7, расположенное в крышке 8. В корпусе насоса происходит

сжатие воздуха, заключенного между смежными лопастями, после чего он вытесняется через напорное отверстие 3 и патрубок 4. Насос может

работать только при достаточном количестве воды в корпусе, когда концы лопастей погружены в воду. Вакуум, создаваемый насосом при полном закрытии всасывающей трубы, не превышает 92%.

Производительность водокольцевого насоса (в м3/мин) определяют по формуле

где Dz, Dx — внешний и внутренний диаметры ротора с лопастями, м; а — минимальное погружение лопасти в водяное кольцо, м; z — число лопастей;

252

п— частота вращения;

к— коэффициент подачи, принимаемый равным 0,9—0,96. Мощность на валу водокольцевого насоса находят по формуле

(389).

При работе насоса концы лопастей перемещаются в слое воды, что приводит к значительным потерям энергии. Поэтому к. и. д. насоса обычно не превышает 0,5.

Водокольцевые насосы, несмотря на низкий к. п. д., широко при­ меняют на пневматическом транспорте, так как они просты по устрой­ ству, надежны в эксплуатации и работают на запыленном воздухе без смазки. При использовании насосов в качестве воздуходувок избыточ­ ное давление достигает до 0,18 МН/м2, а при использовании в качестве вакуум-насосов вакуум — до 92%..

Гл а ва ХХѴІІ1

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА

§ 132. Общие сведения о кондиционировании воздуха

Основная задача системы кондиционирования воздуха — создание комфортного микроклимата в жилых и рабочих помещениях. Под микроклиматом понимают совокупность физико-химических свойств воздушной среды и тепловых излучений в помещениях.

Применение установок кондиционирования на кранах способствует повышению производительности труда и снижает утомляемость кра­ новщика. Отечественная промышленность выпускает кондиционеры, устанавливаемые в кабинах кранов, используемых в горячих цехах. В ближайшем будущем кондиционеры получат распространение на кранах в морских и речных портах. Кондиционирование необходимо в южных районах с высокой температурой наружного воздуха, дости­ гающей в летний период в жаркие месяцы 35—37° С.

Системой комфортного кондиционирования воздуха называется комплекс средств и устройств, создающих и поддерживающих в каби­ нах крановщиков микроклимат заданной кондиции при различных параметрах наружной среды и внутренних тепло- и влаговыделениях. Основными параметрами, характеризующими состояние воздушной среды в кабинах крановщика, являются: температура, относительная влажность, скорость и загрязненность воздуха пылью и вредными га­ зами .

Параметры воздуха в производственных помещениях, которые поддерживаются системами кондиционирования воздуха, регламенти­ руются соответствующими санитарными нормами и правилами. В ка­ бинах крановщика рекомендуется поддерживать температуру воздуха

253

летом 25—26° С, зимой 18—20° С. Скорость воздуха в кондиционируе­ мых помещениях должна быть равномерной и не превышать 0,3 м/с.

Для получения указанных температур в кабинах в летний период краны оборудуют холодильными установками. Совместно с системой отопления и устройствами вентиляции и очистки воздуха холодиль­ ная установка входит в состав системы кондиционирования воздуха. В крановых установках кондиционирования для охлаждения воздуха применяют исключительно парокомпрессорные холодильные машины с воздушными конденсаторами. (Принцип работы таких машин рас­ смотрен в § 38).

В качестве хладагентов в компрессорных холодильных машинах используют фреон-12 (CF2C12) и фреон-22 (CHF2C1).

Фреон-12 (ts = —29,8° С) — бесцветный газ, нетоксичен, негорюч,

невзрывоопасен, инертен по отношению к стали, меди, алюминию и их сплавам. Обладает большой текучестью.

Такими же свойствами обладает и фреон-22, но он имеет большую теплоту парообразования. Однако он дороже фреона-12 и более склонен к утечкам. Оба фреона могут быть использованы в установках с воз­ душными конденсаторами, так как имеют высокие критические тем­ пературы.

С целью уменьшения теплопритоков в летний и теплопотерь в зим­ ний периоды кабина крана, оборудованного системой кондициониро­ вания, должна быть теплоизолирована и герметизирована. В качестве теплоизоляционного материала кабин применяют мипору и различные пенопласты. Эти материалы имеют низкий коэффициент теплопровод­

конструкции крановых кабин выполняется по формулам, приведенным во второй части книги.

Для кондиционирования воздуха крановых кабин применяют авто­ номные кондиционеры. В них холод (тепло) производится и воздух обрабатывается в отдельных автономных кондиционерах, располагае­ мых непосредственно или рядом с кондиционируемым помещением. По составу обрабатываемого воздуха кондиционеры делятся на: пря­ моточные (тепловлажностной обработке подвергается только наружный воздух) и рециркуляционные (обрабатывается смесь наружного воз­ духа и воздуха помещений).

§ 133. Принципиальное устройство автономного

кондиционера

В автономном кондиционере размещаются холодильная машина, вентилятор и аппараты для термовлажностной обработки воздуха. Крановые кондиционеры в отличие от стационарных должны надежно работать в условиях ударных нагрузок, вибрации и обладать повы­ шенной коррозионной стойкостью деталей.

Рассмотрим схему и принцип работы автономного кранового кон­ диционера СКК-1ПР (рис. 146). Кондиционер рассчитан на охлажде­ ние воздуха летом и подогрев его без увлажнения зимой. Он устанав-

254

ливается в кабинах мостовых кранов, обслуживающих горячие цехи. Летом он поддерживает температуру воздуха 25—28° С при темпера­ туре окружающей среды до 60° С и зимой 16—20° С при температуре окружающей среды —20° С.

Производительность кондиционера по холоду 18 800 кДж/ч, по воздуху 1500 м3/ч, в том числе по свежему 50 м2/ч. Коэффициент ре­ циркуляции 96%. Мощность, потребляемая кондиционером, 6 кВт. Схема компоновки кондиционера СКК-1ПР показана на рис. 146, а.

По высоте кондиционер разделен на два отсека: машинный, где разме-

Рис. 146. Автономный крановый кондиционер СКК-1ПР:

а — схема компоновки кондиционера; б — развернутая схема холодильной ма­ шины и кондиционера

щены компрессор 6, конденсатор 9 с ресивером 8, осевой вентилятор 7 конденсатора и теплообменник 5, и воздухообрабатывающий, в кото­

ром находятся заслонки наружного (НВ) и рециркулирующего (РВ) воздуха, воздушный фильтр 4, испаритель-охладитель 3, электри­ ческий нагреватель 2 и центробежный вентилятор 1.

На рис. 146, б изображена развернутая схема холодильной маши­

ны и кондиционера. В холодильную машину, обслуживающую конди­ ционер, входят четырехцилиндровый поршневой фреоновый Ѵ-образ- ный компрессор ФУ-12, воздушный конденсатор с ресивером, испари­ тель-охладитель. В качестве хладагента используется фреон-12 или Ф-142.

Компрессор 6 отсасывает пары фреона из испарителя-охладителя 3, которые предварительно охлаждаются при прохождении через теплообменник 5. В компрессоре пары хладагента сжимаются до дав­ ления р 2, соответствующего температуре конденсации фреона. Под давлением р 2 пары фреона поступают в воздушный конденсатор 9,

который для улучшения теплообмена обдувается воздухом, подавае­ мым вентилятором 7. В конденсаторе пары фреона охлаждаются и кон­ денсируются. Жидкий фреон собирается в ресивере 8, откуда через теплообменник 5 и фильтр 10 поступает к регулирующему вентилю И.

В последнем давление жидкого фреона понижается, и в испарителеохладителе 3 происходит его испарение.

255

На испарение фреона расходуется большое количество тепла, ко­ торое отнимается от воздуха, продуваемого центробежным вентиля­ тором 1 через испаритель-охладитель, в результате чего он охлаждает­

ся. Перед поступлением в испаритель-охладитель воздух проходит воз­ душный фильтр 4, где очищается от механических примесей. Очищен­

ный и охлажденный, он вентилятором подается в кабину крановщика. В зимний период воздух нагревается электронагревателем 2 мощностью 2 кВт. Рассмотренный кондиционер работает по рециркуляционной схеме, т. е. в кондиционируемое помещение подается смесь наружного воздуха (50 м3/ч) и воздуха помещения (1450 м3/ч).

Кондиционер СКК-1ПР имеет следующие габариты: высоту 1660 мм, ширину 1660 мм и глубину 850 мм.

Наряду с рассмотренным кондиционером промышленность выпус­ кает и другие автономные кондиционеры меньшей холодопроизводи­ тельностью. Так, холодопроизводительность кранового кондиционера

§ 134. Тепловой расчет кондиционеров

Производительность кондиционера по холоду и воздуху зависит от величины и характера тепловой нагрузки кабины крановщика. Цель теплового расчета кондиционера — определение параметров и ко­ личества воздуха, подаваемого в кабину, обеспечивающих в ней надле­ жащий микроклимат, и выбор оборудования, доводящего вентилирую­ щий воздух до требуемых параметров. Исходными данными для теп­ лового расчета являются:

1)параметры воздушной среды в помещениях в летний и зимний периоды и величины их отклонения (іп, срп);

2)параметры наружного воздуха (tH, фн);

3)теплопоступления в помещения в летний и теплопотери в зимний периоды (QJ.

В качестве расчетных параметров воздуха в производственных по­ мещениях принимают: относительную влажность до 65%, температу­ ру летом 26° С и зимой 16—20° С. Значения расчетных параметров на­ ружного воздуха для различных портов приводятся в строительных нормах и правилах.

Источниками теплопоступлений в помещения в летний период яв­ ляются: теплопритоки через ограждения и от солнечной радиации, тепловыделения людей, электроприборов и машин.

Теплопритоки через ограждения кабины крана определяют по фор­

F — поверхность наружных стен кабины, м2.

256

Тепловыделение электрическими аппаратами и приборами опреде­

■ц— к. и. д. оборудования.

Суммарные теплопритоки для летнего режима работы кондицио­

Для зимнего режима работы, как правило, учитывают только суммарные теплопотери через охлаждения, а имеющиеся в этом режи­ ме теплопритоки идут в запас по теплу.

В установившемся режиме тепло- и влагообмена между вентили­ рующим охлажденным или нагретым воздухом и воздухом помещения должны соблюдаться следующие равенства:

тепла (холода) и влаги.

Количество тепла и влаги, ассимилированное подаваемым возду­ хом, находят по формулам:

257